一种可用于湿碰湿工艺的双组份聚氨酯面漆

技术领域

本发明属于水性涂料技术领域，具体涉及一种可用于湿碰湿工艺的双组份聚氨酯面漆。

背景技术

涂料涂装工艺主要有“干碰湿”和“湿碰湿”两种。“干碰湿”工艺相对传统，其中最常见的是“两喷两烘”，即喷涂底漆之后，通过烘烤达到表干后，再喷涂面漆，完成后再进行一次烘烤；而“湿碰湿”通常采用“两喷一烘”的流程，喷涂底漆后，在漆面还处于潮湿的状态下，直接喷涂面漆，最后仅进行一次烘烤。相比而言，“湿碰湿”工艺不需要设置底漆烘烤工位，能减少能源消耗，生产加工的效率也更高，所以从业者往往倾向于使用“湿碰湿”工艺。

但由于缺省了一步烘烤，“湿碰湿”工艺中的面漆通常选用溶剂型聚氨酯涂料，因为溶剂型聚氨酯涂料的组分偏油性，不易与底漆的载体——通常为水——发生反应，也就不会对漆面涂层产生较大影响。然而，溶剂型聚氨酯涂料会带来较多的VOCs排放，环保属性不佳，且在生产、运输及存储过程中也有不小的安全隐患。若直接使用水性聚氨酯涂料替换溶剂型聚氨酯涂料，则容易与底漆产生冲突效应：水性聚氨酯涂料中常用的亲水性异氰酸酯固化剂因其自身亲水的特点以及改性基团分子量的影响，往往会造成漆膜耐水性、耐候性下降。

目前也有将油性异氰酸酯固化剂直接应用于水性聚氨酯涂料、希望减少其与底漆反应的尝试，但现有的油性异氰酸酯固化剂在水相中相容性不佳，会导致漆膜光泽较低甚至返粗的问题；而且油性异氰酸酯固化剂与常规羟基丙烯酸乳液的交联度也不高，易与面漆中残留水分、活泼氢反应，产生面漆与底漆之间咬底的现象，对漆膜性能及外观产生较大的负面影响。

发明内容

针对上述问题，本发明提供一种可用于湿碰湿工艺的双组份聚氨酯面漆，该面漆的VOCs排放低，绿色环保，使用时安全隐患小，且面漆的施工性良好，运用于“湿碰湿”工艺中，漆膜各项性能不亚于溶剂型涂料。

为了达到上述技术效果，本发明采用如下技术方案：

可用于湿碰湿工艺的双组份聚氨酯面漆，包括树脂组分和固化剂组分，其中，树脂组分中包含具有位阻基团的水性羟基丙烯酸乳液；固化剂组分中包含经过金属盐催化剂转化的油性异氰酸酯固化剂，该油性异氰酸酯固化剂的官能度不小于2.5、异氰酸根质量分数小于25％。

在一些实施方式中，树脂组分中包含具有位阻基团的核壳结构水性羟基丙烯酸乳液。

在一些实施方式中，位阻基团为叔碳酸缩水甘油酯、叔碳酸乙烯酯、甲基丙烯酸苄酯、甲基丙烯酸环己酯、甲基丙烯酸叔丁基环己酯中的一种或多种。

在一些实施方式中，水性羟基丙烯酸乳液为万华公司的Antkote 2025、Antkote2035、Antkote 2042N，或者为科思创公司的Bayhydrol A 2646、Bayhydrol A 2695，或者为湛新公司的SETAQUA 6536。

在一些实施方式中，油性异氰酸酯固化剂在加热条件下通过滴加100ppm金属盐催化剂加工转化获得。

在一些实施方式中，金属盐催化剂为三丁基氧化锡、四丁基氧化铬、异辛酸亚锡中的一种或多种。

在一些实施方式中，按重量份数计，树脂组分包括以下组分：

其中，水性羟基丙烯酸乳液具有位阻基团。

在一些实施方式中，所述分散剂为DISPERBYK-190、TEGO DISPERS 760W或D-85，

所述消泡剂为TEGO Airex 901W、BYK-022或AFCONA-3085，

所述润湿剂为改性硅氧烷类、改性有机氟类、炔二醇类中的一种或多种，

所述增稠剂为碱溶胀类增稠剂、聚氨酯类增稠剂或两者的混合，

所述颜料为钛白粉、酞菁蓝、碳黑、中铬黄或氧化铁红中的一种或多种，

所述填料为硫酸钡、滑石粉、碳酸钙、高岭土、云母粉、云母氧化铁粉中的一种或多种，

所述溶剂为二丙二醇二甲醚、二丙二醇丁醚、二丙二醇甲醚、二乙二醇丁醚中的一种或多种。

在一些实施方式中，按重量份数计，所述固化剂组分包括以下组分：

油性异氰酸酯固化剂 20-50份，

助溶剂 15-30份；

其中，油性异氰酸酯固化剂经过金属盐催化剂转化，该油性异氰酸酯固化剂的官能度不小于2.5、异氰酸根质量分数小于25％。

在一些实施方式中，所述助溶剂为二丙二醇二甲醚、二丙二醇丁醚、二丙二醇甲醚、二乙二醇丁醚中的一种或多种。

在一些实施方式中，树脂组分与固化剂组分的重量比为4：1。

本发明的有益效果是：

(1)所使用的羟基丙烯酸乳液能有效提高固化剂与树脂的反应几率，降低固化剂与胺、水发生副反应的概率，解决常规双组分聚氨酯面漆在湿碰湿应用中容易产生的失光、痱子等弊病；

(2)通过对油性异氰酸酯固化剂进行催化转化处理，进一步提高了油性异氰酸酯固化剂与羟基丙烯酸乳液的相容性，进而改善了漆膜外观效果及物化性能。

具体实施方式

下面结合实施例和对照例对本发明做进一步的描述。这些实施例仅是对本发明的典型描述，但本发明不限于此。下述实施例和对照例中所用的试验方法如无特殊说明，均为常规方法；所使用的原料、试剂等，如无特殊说明，均为可从常规市购等商业途径得到的原料和试剂。

油性异氰酸酯的催化转化

取市售油性异氰酸酯固化剂WANNATE HT-100，加热至65-75℃，使用注射泵滴加100ppm的金属盐催化剂，直至固化剂粘度大于1000cp且NCO基团质量分数小于35％，通过分子膜蒸发技术分离HDI单体残留，获得官能度不小于2.5、异氰酸根质量分数小于25％的油性异氰酸酯固化剂。

双组份聚氨酯面漆实施例与对比例的制备

本发明的双组份聚氨酯面漆中树脂组分和固化剂组分可按照本领域常规的比例进行调配，具体地，将树脂组分和固化剂组分按照一定的的比例混合，加入蒸馏水调节至合适的喷涂黏度，喷涂至合适的膜厚(例如40～60μm)即可。闪干10～30min后，50～80℃烘烤30min～2h，或者自干7天。然后室温放置7天，测试其光泽、耐水、耐候等性能。本发明各实施例和对比例做成面漆来对比各项性能，配套的底漆都为相同的常规市售底漆涂料。

面漆实施例制备，均按照下述步骤进行：

(1)树脂组分的制备：

S1、按配方将水、分散剂、配方量一半的消泡剂依次加入搅拌容器中，在500-800转/分钟的搅拌条件下分散5-10分钟，再依次加入着色颜料、体质填料，在1000-1500转/分钟的搅拌条件下高速分散15分钟，制备成预制浆料；

S2、向预制浆料中加入锆珠，在2000-2500转/分钟的条件下高速分散，待细度达到30微米以下后过滤倒入调漆缸；

S3、在500-800转/分钟的搅拌条件下，向调漆缸中依次加入水性羟基丙烯酸乳液、溶剂、剩余的消泡剂、润湿剂、增稠剂，分散10-15分钟，制备成树脂组分。

(2)固化剂组分的制备：

T1、向调漆缸中以此加入助溶剂和按前述制备方法获得的油性异氰酸酯固化剂，在30分钟内完成加料，之后在氮气保护下，搅拌15分钟，制备成固化剂组分。

(3)双组分面漆的制备：

将步骤(1)所制备的树脂组分与步骤(2)所制备的固化剂组分按重量比4：1的比例混合，即得到面漆实施例。

本实施例提供一种可用于湿碰湿工艺的双组份聚氨酯面漆，其原料组分如下：

树脂组分：

水性羟基丙烯酸乳液Antkote2025 50g，

分散剂DISPERBYK-190 2g，

消泡剂 0.5g，

炔二醇类润湿剂 0.2g，

聚氨酯增稠剂 0.5g，

钛白粉 5g，

硫酸钡 5g，

溶剂 2g，

水 30g；

固化剂组分：

经转化的油性异氰酸酯固化剂(官能度为3.0、NCO质量分数为20％)20g，

助溶剂15g。

本实施例提供一种可用于湿碰湿工艺的双组份聚氨酯面漆，其原料组分如下：

树脂组分：

水性羟基丙烯酸乳液Antkote2035 80g，

分散剂TEGO DISPERS 760W 4g，

消泡剂 1.5g，

改性有机氟类润湿剂 0.5g，

碱溶胀类增稠剂 1.5g，

碳黑 15g，

碳酸钙 20g，

溶剂 5g，

水 40g；

固化剂组分：

经转化的油性异氰酸酯固化剂(官能度为2.5、NCO质量分数为25％)50g，

助溶剂35g。

本实施例提供一种可用于湿碰湿工艺的双组份聚氨酯面漆，其原料组分如下：

树脂组分：

水性羟基丙烯酸乳液Antkote2042N 60g，

分散剂D-85 3g，

消泡剂 1g，

炔二醇类润湿剂 0.3g，

聚氨酯增稠剂 1g，

钛白粉 10g，

高岭土 15g，

溶剂 3g，

水 35g；

固化剂组分：

经转化的油性异氰酸酯固化剂(官能度为3.0、NCO质量分数为20％)35g，

助溶剂20g。

该对比例的制备方法与实施例1相同，其组分与实施例1大体相同，区别仅在于，该对比例

该对比例的制备方法与实施例1相同，其组分与实施例1大体相同，区别仅在于，该对比例使用了不含位阻基团的水性羟基丙烯酸乳液。

漆膜性能测试

为了测试面漆性能，从实施例1-3、对比例1-2和市售同类产品中取样，进行如下处理及测试。

(1)样板准备

对冷轧钢板(150mm*70mm*8mm)进行抛丸处理，使其粗糙度达到至少Sa2.5级，再经吹灰、清洗、脱脂、水洗、烘干、冷却等前处理工艺后，喷涂配套水性双组分环氧底漆，干膜膜厚50-60μm，干燥条件为常温干燥40min(23℃，30-80％RH)；然后喷涂面漆试样，干膜膜厚40-60μm，干燥条件为流平15min(23℃，30-80％RH)，80℃*30min。在室温环境下干燥7天之后，测试各项性能。

(2)挥发性有机物(VOCs)测试

测试按照GB/T 23985-2009 8.4的规定进行，测试三组数值，然后计算其平均值。

(3)耐水性测试

测试按照GB/T 1733-1993的规定进行：将测试样板的3/4浸泡于去离子水中，调节水温为23±2℃，并在整个测试过程中保持该温度。

(4)附着力测试

测试按照GB/T 9286-2001的规定进行：以直角网格图形切割涂层并穿透至底材来评定色漆和清漆的涂层从底材上脱离的抗性。

(5)耐人工加速老化测试

测试按照GB/T 1865的规定进行：使用滤过的氙弧辐射Q-SUN 1500h，验证涂层的开裂、粉化、不起泡、变色、失光的情况。

测试结果如下表所示。

由上表数据可知，相对于现有技术，本发明实施例的水性湿碰湿涂料理化性能产生的VOC含量最低，环保性能优越，同时耐水性、耐湿热性和烘干性能好。发明人认为，带来上述技术效果的原因可能在于：首先，本发明通过优选具有位阻基团的核壳结构羟基丙烯酸乳液，提高了涂层骨架结构的伸展度，又不会造成相互缠绕，从而在干燥过程中留有一定的微观通道，让涂膜内残留的溶剂和水充分逃逸，进而提高了树脂与异氰酸酯股固化剂的反应几率，减少了异氰酸酯固化剂与胺、水之间的副反应；其次，对油性异氰酸酯固化剂进行了催化转化，提高了HDI三聚体的含量，大幅减少二聚体、碳化二亚胺、多聚体等副产物，进而与羟基丙烯酸乳液具有更好的相容性，在湿碰湿应用中为漆膜带来良好的外观效果及性能提升。

本领域的技术人员可以明确，在不脱离本发明的总体精神以及构思的情形下，可以做出对于以上实施例的各种变型。其均落入本发明的保护范围之内。本发明的保护方案以本发明所附的权利要求书为准。